JP6183381B2

JP6183381B2 - 電気めっき装置

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Publication number: JP6183381B2
Application number: JP2015002004A
Authority: JP
Inventors: 日野　善道; 善道日野; 三宅　勝; 勝三宅; 玄太郎武田; 宗司吉本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2015-01-08
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2035-01-08
Also published as: JP2016125122A

Description

本発明は、電気めっき装置に関する。より詳しくは、ラジアルセル方式における、不溶性アノード電極を構成に含む電気めっき装置に関する。

鋼板を連続的に電気めっきする方法として、（１）鋼板がカソードになるように対をなす電極ロールで鋼板を挟みながら、めっき液中に通板、浸漬し、めっき液槽中のアノード電極と鋼板との間で通電する縦型、あるいは横型めっきセル方式と、（２）鋼板の搬送・方向転換用ロールと電気めっき用の電極とを兼ねた電極ロールと、該電極ロールの半径方向にギャップを設けて設置されたアノード電極とを使用し、電極ロールとアノード電極のギャップにめっき液を供給して、カソードである鋼板のめっき面とアノード電極との間で通電するラジアルセル方式と、が知られている。

図４を参照して従来知られているラジアルセル方式の概略を説明する。図４は従来の電気めっき装置について側面側から見た断面の概略図である。鋼板２１の搬送・方向転換用ロールと電気めっき用の電極とを兼ねた電極ロール２２と、電極ロール２２の半径方向にギャップ２８を設けて設置されたアノード電極２３とを使用する。鋼板２１を電極ロール２２に巻き付けながら、ギャップ２８中を通し、電極ロール２２に巻きつけられた鋼板２１のめっき面と断面弧状のアノード電極２３の間に直流電圧（電源は２７）をかけて鋼板２１のめっき面に対して電気めっきを行う。なお、めっき液２５は供給路２４からギャップ２８に補給される。めっき液槽２６にはアノード電極２３を浸漬する量のめっき液２５が備えられている。

ラジアルセル方式では、鋼板２１が電極ロール２２に巻きつけられながら電気めっきが行われる。よって、電気めっき中の鋼板２１の位置が安定し、アノード電極２３を鋼板２１のめっき面近傍に配置できる。これにより、鋼板２１のめっき面とアノード電極２３との距離を近くでき、電気めっきにおける抵抗は小さくなり、低電圧で高電流密度が得られる。

非特許文献１第４４〜４６頁にあるように、ラジアルセル方式は優れためっき性能を持っている。低いめっき電圧で１００Ａ／ｄｍ^２を超える高い電流密度を実現できる点はラジアルセル方式の大きな利点である。また、片面だけをめっきすることが可能であることは、本方式の大きな特徴である。

従前のラジアルセル方式では、アノード電極２３として可溶性アノード電極が使用されている。これにより、めっき電流は可溶性アノード電極に含まれるめっき金属のイオン化で使用され、鋼板と可溶性アノード電極間のギャップにおいて可溶性アノード電極側からガスが発生しないという利点がある。逆にとらえると、電気めっきが進行するにつれて可溶性アノード電極は消耗されて小型化し、鋼板と可溶性アノード電極間のギャップが次第に大きくなってしまう。

特許文献１において基本的かつ重要な開示事項は、電極ロール軸方向において複数に分割された可溶性アノード電極片と、アノードサポートとの組合せ使用である。アノードサポートは可溶性アノード電極の背面側に設けられ、分割されたアノード電極片はアノードサポートに沿って電極ロール軸方向に移動するにつれて鋼板側に近づけられる。このようにして「電気めっきが進行するにつれてアノード電極が消耗し、ギャップが次第に大きくなる」という現象に対処している（特許文献１段落０００６、図１）。

しかし、特許文献１に開示されたアノードサポートを利用する装置では、（１）可溶性アノード電極が消耗してしまうため鋼板と可溶性アノード電極間のギャップ管理を厳格に行う必要があり、更に（２）複雑な形状である分割された可溶性アノード電極片を多数用意する必要がある。このようにコスト及び手間の負担が大きいため、ラジアルセル方式において不溶性アノード電極を使用したいという要望があった。

ラジアルセル方式に限らず、電気めっき装置において不溶性アノード電極を使用した場合、電気めっきによりアノード電極が消耗されて小型化するという問題は発生しない。しかし、水の電気分解により不溶性アノード電極表面から酸素ガス（以下、単にガスと称する。）が発生するという問題がある。鋼板と不溶性アノード電極の間にガスが存在すると導電率が低下してしまう。

特許文献２は不溶性アノード電極を使用した縦型めっきセル方式の電気めっき装置を開示する。鋼板へのめっき付着量に応じてアノード電極長を調整する（長くする）ことで、引用文献２に記載の発明はガス発生の問題に対処している（引用文献２段落００１２）。

特開平５−３３９７９７号公報特開２０１１−２０２２３８号公報

社団法人日本鉄鋼協会編集発行第１０６・１０７回西山記念技術講座表面処理鋼板の現状と今後の動向

前記の通り、不溶性アノード電極ではガス発生の問題がある。更に、ラジアルセル方式ではギャップが狭く、ギャップ中にガスが生じると導電率の低下が著しく所要の電流とするためにはめっき電圧が上昇してしまう。これでは「低いめっき電圧で高い電流密度を実現する」というラジアルセル方式の利点が失われてしまうため、従前はラジアルセル方式において不溶性アノード電極を使用することは困難であった。また、従前のラジアルセル方式はアノード電極が電極ロールの表面に沿って設けられるので、特許文献２のように不溶性アノード電極長を調整するという手法は抜本的な解決手法でなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものである。不溶性アノード電極と鋼板間の導電率の低下を抑制し、めっき電圧の上昇を抑制した電気めっき装置を提供することを本発明が解決すべき課題とする。

不溶性アノード電極を使用した場合、不溶性アノード電極から発生したガスがギャップに滞留することは問題である。この問題を解決すべく本発明者らは鋭意研究を重ねた。そして、不溶性アノード電極におけるガス発生部位及びめっき液の流れに着目し、ガスを鋼板から離れる方向に排出すればよいと考えた。

次に、このようなガス排出を実現するため、電極ロール対面から背面まで通じるめっき液が通過する開口部を複数有する不溶性アノード電極を考えた。ギャップ中のめっき液は不溶性アノード電極の電極ロール対面から背面まで不溶性アノード電極中を通過可能となるので、ガスをめっき液とともに鋼板から離れる方向に排出できる。よって、ガス発生の不具合に有効に対処できるとの考えに本発明者らは至った。以上の知見に基づき本発明は完成された。

前記課題を解決するための第１発明に係る電気めっき装置は、ラジアルセル方式の電気めっきに使用され、電極ロール及びアノード電極を有する電気めっき装置であって、アノード電極が不溶性アノード電極であり、該不溶性アノード電極は電極ロール対面から背面まで通じるめっき液が通過する開口部を複数有することを特徴とする。

前記課題を解決するための第２発明に係る電気めっき装置は、第１発明に記載の電気めっき装置であって、前記不溶性アノード電極は導電体を有し、該導電体は線状金属又は表面に電極活物質が存在する線状金属であり、不溶性アノード電極において複数、多段に設けられることを特徴とする。

前記課題を解決するための第３発明に係る電気めっき装置は、第１発明に記載の電気めっき装置であって、前記不溶性アノード電極は導電体を有し、該導電体が多孔質金属又は表面に電極活物質が存在する多孔質金属であることを特徴とする。

前記課題を解決するための第４発明に係る電気めっき装置は、第２発明又は第３発明に記載の電気めっき装置であって、前記電極活物質が貴金属酸化物であることを特徴とする。

前記課題を解決するための第５発明に係る電気めっき装置は、第２発明又は第３発明に記載の電気めっき装置であって、前記電極活物質が貴金属であることを特徴とする。

本発明は、不溶性アノード電極を通過するめっき液とともにガスを排出して、不溶性アノード電極と鋼板間のギャップの導電率低下を抑制し、めっき電圧の上昇を抑制した。

図１は本発明に係る電気めっき装置を側面側から見た断面概略図である。図２は図１に示した不溶性アノード電極の斜視概略図である。なお、導電体がワイヤーであることを確認しやすくするため、枠材で隠れている部分を点線で示してある。図３は本発明の実施形態を示す図であって、不溶性アノード電極における導電体（ワイヤー）と偏向板の配置関係を示した模式図である。図４は従来のラジアルセル方式の電気めっき装置を示す図であって、該電気めっき装置を側面側から見た断面概略図である。図５は従来のラジアルセル方式の電気めっき装置において、不溶性アノード電極を使用した場合に発生するガス問題を説明する図面である。

以下、添付図面を適宜参照しながら本発明の実施形態を具体的に説明する。

図１及び図２は本発明の実施形態を示す図である。電気めっき装置は、電極ロール２と、２つの側面弧状の不溶性アノード電極３と、めっき液槽６と、２つの閉塞ロール８とを備えている。

めっき液の供給路４は図示省略のポンプ及び不溶性アノード電極３の下端部（鋼板１の通板方向中央部）と連結され、ポンプを使用してギャップ１５にめっき液５が供給される。なお、樹脂性の閉塞ロール８は支持部１３により支持され鋼板１の入側（鋼板１が電極ロール２に巻き付き開始する側）及び出側（鋼板１が電極ロール２から解放される側）において側面弧状のギャップ１５を仕切るように配置されている。電源１４は電極ロール２及び不溶性アノード電極３の各鉛ワイヤー７と接続されている。鋼板１のめっき面と不溶性アノード電極３とが通電し、鋼板１のめっき面が電気めっきされる。

次に、不溶性アノード電極３の構成を説明する。各不溶性アノード電極３は図２に示す構成を備える。即ち、不溶性アノード電極３は絶縁体で構成され側面弧状の枠材１２に導電体である鉛ワイヤー７が複数、２段にわたって備えられている。各鉛ワイヤー７は鋼板１の幅方向（鋼板１の通板方向に直交する方向）に沿って備えられており、鋼板１の表面に形成されるめっき層の厚さを良好にそろえることができる。

不溶性アノード電極３は電極ロール対面１０から背面１１まで通じた開口部１７を複数有している。本発明において「電極ロール対面から背面まで通じるめっき液が通過する開口部を複数有する」との構成は、不溶性アノード電極３の電極ロール対面１０において、めっき液５の流入口が複数設けられていれば満たされる。例えば、図２に示す不溶性アノード電極３では鋼板１の通板方向に対して直交方向に沿ったスリット状の流入口が複数設けられており、これは本発明の要件を満たす構成である。不溶性アノード電極３の背面１１側におけるめっき液の排出口の数は流入口の数と同じでも良いし異なっていても良い。

次に、めっき液５の流れを説明する。めっき液の供給路４は図示省略のポンプ及び不溶性アノード電極３の下端部（鋼板１の通板方向中央部）と連結され、ポンプを使用してギャップ１５にめっき液５が供給される。ギャップ１５では鋼板１のめっき面と不溶性アノード電極３とが通電し、鋼板１のめっき面が電気めっきされる。ギャップ１５のめっき液５は、不溶性アノード電極３の電極ロール対面１０側から開口部１７中に流れこみ、背面１１側からめっき液槽６中に排出される。更に、めっき液５はめっき液排出路１６よりめっき液槽６から排出され、図示省略の循環装置によりめっき液５を循環させている。なお、樹脂性の閉塞ロール８は鋼板１の入側及び出側においてギャップ１５を仕切るように配置されているので、ギャップ１５に集中的にめっき液５を供給してもめっき液５液面からのめっき液５の噴出が抑制される。確認的に述べると、めっき液５の大部分は、開口部１７を通ってめっき液槽６に抜け、ギャップ１５側面の隙間から流れ出るめっき液５は少量であって、本発明の効果には影響しない。

電気めっきが行われると不溶性アノード電極３の鉛ワイヤー７表面からガスが生じるものの、ガスはめっき液５とともに不溶性アノード電極３の背面１１側（鋼板１から離れる方向）に排出されるので、ギャップ１５へのガスの侵入が抑制される。よって、ガスはギャップ１５の外側で大気中に放出される。

次に、めっき液５のギャップ１５への供給量について説明する。鉛ワイヤー７の表面で発生したガスは浮力によりギャップ１５に侵入しようとする。ここで、ガスがギャップ１５に侵入してしまうと導電率が低下しめっき電圧が上昇してしまう。そこで、開口部１７の数やサイズ等を考慮しギャップ１５へのめっき液５の供給量を適宜調節してギャップ１５へのガス侵入を抑制可能である。

図２に示した不溶性アノード電極３は導電体として線状金属である鉛ワイヤー７を使用した。しかし、導電体の形状は線状金属に限定されず、例えば、多孔質金属、板状金属、隙間を有するように圧密した金属粉の焼結体、多数穿孔した金属板等を使用しても良い。前記多孔質金属は例えば金属粉を低充填密度で焼結して作製可能である。また、前記金属板は例えばラジエータ放熱板のように隙間を空けて多段に設けてよい。導電体として線状金属や板状金属を使用する場合、導電体を複数、電極ロール対面側から背面側にかけて多段（多段とは２段以上を意味する。）に設けることが好ましい。更に、鋼板表面に形成されるめっき層の厚さをそろえる観点から、鋼板通板方向に対して直交方向又は鋼板通板方向に対して斜め方向に沿って線状金属や板状金属である導電体が設けられることが好ましい。逆に、鋼板通板方向に沿って線状金属や金属板である導電体を設けると、導電体がある箇所とない箇所とでめっき層の厚さが異なってしまうおそれがある。

不溶性アノード電極の電極ロール対面から背面まで通じる開口部は、ギャップ中のめっき液の排出に利用され、かつ、不溶性アノード電極の導電体表面から発生したガスの排出にも利用される。よって、該開口部はより多く設けるほうが好ましい。本発明において開口部の形状は特に限定されず、導電体の形状・材質等にあわせて適宜選択可能である。

上記図２に示した不溶性アノード電極３は枠材１２を備えているが、本発明の不溶性アノード電極において枠材は必須の構成ではない。導電体の形状にあわせて、必要により枠材を設ければよい。ガスの発生部位を導電体表面に限定する観点から、枠材は絶縁体又は表面を絶縁処理した導電体で構成されることが好ましい。

導電体として線状金属を使用する場合、図３に示したように、導電体どうしの間に偏向板９を設けることも好ましい。該偏向板９によりギャップ１５における電極ロール２の周方向の流れを乱さず、かつ、電極ロール２の半径方向への流れを促進するようにめっき液の流れが整流されて、少ないめっき液量で導電体表面から発生するガスをより効果的にギャップ１５外に排出できる。この様な観点から、偏向板の形状は適宜選択可能である。めっき液を整流し電気めっきに使用するめっき液量を抑制する観点から、偏向板は導電体の配置方向に沿って設けることが好ましい。なお、ガスの発生部位を導電体表面に限定する観点から、該偏向板は絶縁体又は表面を絶縁処理した導電体で構成されることが好ましい。

不溶性アノード電極の導電体は電気めっきの電極として利用可能であれば特に限定されない。前記した鉛の他、鉛合金、白金等がある。

電極の溶損抑制の観点から、不溶性アノード電極の導電体の表面には電極活物質が存在することが好ましい。該電極活物質として、貴金属酸化物又は貴金属が好ましい。貴金属として、金、白金、銀、パラジウム、イリジウム等から選ばれる１種以上が好ましい。また、貴金属酸化物として、酸化イリジウム、酸化ルテニウム等から選ばれる１種以上が好ましい。電極活物質を導電体の表面に存在させる方法は特に限定されず、例えばめっきにより電極活物質を導電体の表面に存在させてよいし、貴金属酸化物を導電体の表面に被覆してもよいし、電極活物質の箔を使用したクラッド鋼として電極活物質を導電体の表面に存在させてよい。

図１に示した閉塞ロール８は樹脂製であるが、閉塞ロールの材質はこれに限定されない。例えば、天然ゴム、表面を絶縁処理した金属等が使用可能である。

図１ではめっき液の供給路４は不溶性アノード電極３の下端部（鋼板１の通板方向中央部）と結合されている。しかし、不溶性アノード電極の形状や数にあわせてめっき液の供給路の配置は適宜変更可能である。また、図１では、ギャップ１５は１つであるが、ギャップの数は適宜増やすことも可能である。この場合、不溶性アノード電極及び供給路もあわせて増やすこととなる。

以上に説明した本発明の電気めっき装置を使用し、ギャップ中のめっき液を不溶性アノード電極の電極ロール対面側から背面側に流して行う電気めっき方法は有用である。なお、ギャップへのめっき液の供給量は、使用する電気めっき装置やめっき液の組成等に鑑みて適宜設定可能である。

本発明の電気めっき装置を使用して鋼板の片面をめっきすることが可能である。また、例えば非特許文献１第４５頁等を参照し、本発明の電気めっき装置を複数使用して鋼板の両面を電気めっきすることも可能である。

本発明の電気めっき装置を用いて行う電気めっきの種類は特に限定されない。例えば、電気亜鉛めっき、電気亜鉛合金めっき、電気錫めっき、電気鉄めっき等がある。好ましくは、電気亜鉛めっきである。また、本発明の電気めっき装置は冷延鋼板の電気めっきに有用である。

以下、本発明の実施例を説明する。本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されない。

（参考例）
図４に示した構成を備える従来の電気めっき装置を使用し、鋼板２１を電極ロール２２に巻きつけながらギャップ２８中を通板して電気亜鉛めっきを行った。なお、鋼板２１は冷延鋼板である。アノード電極２３は亜鉛で作製された複数の可溶性アノード電極片と図示省略のアノードサポートとを備えている。

鋼板２１と可溶性アノード電極２３との間（ギャップ２８）は狭くできギャップ２８の電気抵抗を低く保てるため、低電圧かつ大電流密度での高速電気亜鉛めっきが行えた。

一方、亜鉛イオンの消費が著しいため鋼板２１表面近傍の亜鉛イオン濃度が低下してめっき不良となるケースが想定される。そこで、めっき液２５を供給路２４からギャップ２８へ高速で供給しギャップ２８内のめっき液２５を攪拌してめっき不良を防いだ。

（比較例）
参考例で使用した従来の電気めっき装置において、アノード電極２３を鉛製の不溶性アノード電極に取り替えた電気めっき装置を使用して電気亜鉛めっきを試みた。

しかし、不溶性アノード電極表面から多量の酸素ガスが発生してギャップ２８内にガス２９が充満した（図５参照）。その結果、ギャップ２８の導電率が低下し、ギャップの電気抵抗が大きくなって、鋼板２１のめっき面に亜鉛めっきができなかった。

なお、比較例において、不溶性アノード電極は複数の電極片に分割されていない。

（実施例１）
図１及び図２に示した構成を備える電気めっき装置を使用して冷延鋼板である鋼板１を電極ロール２に巻きつけながらギャップ１５中を通板して電気亜鉛めっきを行った。なお、鋼板１と不溶性アノード電極３間のギャップ距離は参考例と同じである。

不溶性アノード電極３には鋼板１の幅方向（鋼板１の通板方向に直交する方向）に沿って鉛ワイヤー７が複数、２段にわたって備えられている。実施例１では、樹脂性の閉塞ロール８が鋼板１の入側及び出側においてギャップ１５を仕切るように配置されているので、ギャップ１５に高速でめっき液５が供給されてもめっき液５液面からのめっき液５噴出が抑制される。

ギャップ１５への単位時間当たりのめっき液５供給量を参考例の１０倍として電気亜鉛めっきを行った。電気亜鉛めっき行うと鉛ワイヤー７の表面から多量のガスが発生したが、供給路４からギャップ１５に供給されためっき液５は不溶性アノード電極３の開口部１７を通過してめっき液槽６に排出され、めっき液５とともにガスもめっき液槽６側に排出された。よって、ガスのギャップ１５への侵入を抑制できた。

実施例１では参考例に対して１．２倍とめっき電圧がわずかに高くなったが、鋼板１表面には問題なく亜鉛めっきを行うことができた。ラジアルセル方式において、従前は使用可能のアノード電極が可溶性のものに限定されていたが、実施例１では不溶性アノード電極を使用して冷延鋼板の電気亜鉛めっきを行えた。鋼板１の幅方向において、亜鉛めっき層の厚さは良好にそろっていた。

なお、閉塞ロール８を取り除いて実施例１の条件で電気亜鉛めっきを行うと、めっき液５の液面からめっき液が噴出してしまうおそれがある。めっき液が噴出すると周辺の腐食やめっき液の跳ね返りによる鋼板裏面の汚染などが問題となるため、閉塞ロール８を用いない場合は適宜の位置に遮蔽板等を設置して対処することとなる。

（実施例２）
実施例１で使用した不溶性アノード電極３に、更に鉛ワイヤー７の配置方向に沿って偏向板９を追加した（図３参照）ものを実施例２では使用した。他に、ギャップ１５に対する単位時間当たりのめっき液５の供給量を参考例と同等とした。これらの変更点以外は実施例１と同じ条件で電気亜鉛めっきを行った。

その結果、鉛ワイヤー７の表面からは多量のガスが発生したが、該ガスはめっき液５とともにめっき液槽６に排出された。即ち、不溶性アノード電極に偏向板を設けて、より少ないめっき液量で効果的にガスを排出できた。鋼板１のめっき面には実施例１と同様に問題なく電気亜鉛めっきを行うことができた。

（実施例３）
実施例１及び実施例２で使用した不溶性アノード電極３において、鉛ワイヤー７をチタン線にイリジウム酸化物を被覆したワイヤーとしたところ、該ワイヤーの寿命を鉛ワイヤー７と比較して２倍以上にすることができた。

１鋼板
２電極ロール
３不溶性アノード電極
４供給路
５めっき液
６めっき液槽
７鉛ワイヤー
８閉塞ロール
９偏向板
１０電極ロール対面
１１背面
１２枠材
１３支持部
１４電源
１５ギャップ
１６めっき液排出路
１７開口部

Claims

ラジアルセル方式の電気めっきに使用され、電極ロール及びアノード電極を有する電気めっき装置であって、
アノード電極が不溶性アノード電極であり、該不溶性アノード電極は導電体を有し、該導電体が多孔質金属又は表面に電極活物質が存在する多孔質金属であり、
該不溶性アノード電極は電極ロール対面から背面まで通じるめっき液が通過する開口部を複数有することを特徴とする電気めっき装置。
前記電極活物質が貴金属酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の電気めっき装置。
前記電極活物質が貴金属であることを特徴とする請求項１に記載の電気めっき装置。